Messgrößen für Schallwellen

1. Messgrößen für Schallwellen

2. Inhalt • Schallintensität • Schallwiderstand • Das Weber-Fechnersche Gesetz • Physikalische Größen zur Schallmessung • Hörschwelle • Schallpegel • Empfindung des Schalls als „Lautstärke“

3. Energiedichte Die Dichte der Energie ist ein Quotient, Zähler Energie, Nenner Volumen, in dem die Energie lokalisiert ist Die Dichte der Energie ist auch für das elektrische Feld eines Kondensators oder das magnetische einer Spule definiert

4. s Die Intensität 2 0 1,5 0,5 1,0 λ A ψ0 x 0 1 10 Energiefluss pro Sek. durch die Fläche Ades Empfängers: ( E / V ) · A · λ / T

5. Energiefluss, Intensität, Schallwiderstand Schallwiderstand: Begrifflich analog zum elektrischen Widerstand bei der Berechnung der elektrischen Wechselstrom-Leistung aus den Maximalwerten von Spannung U0und Strom I0 , P = U0·I0 /2= U02/2R

6. Hörschwelle Definition der Hörschwelle, wichtig für die Schallmessung

7. Das Weber Fechnersche Gesetz Das Empfinden der „Lautstärke“ hängt stark von der Frequenz ab. Beim Menschen liegt die optimale Empfindlichkeit des Gehörs bei etwa 3 kHz

8. Verhältnis-Größen: Die Einheit dB

9. Verhältnis-Größen: Die Einheit Phon I1kHzist die Intensität bzw. p1kHz der Schalldruck eines 1kHz Tones, der „genauso laut“ wie das zu messende Geräusch empfunden wird

10. Für Schallvorgänge mit 1 kHz ist die dB gleich der Phon Angabe

11. Geräusche unterschiedlicher Frequenz, die auf der gleichen schwarzen Kurve liegen, zeigen die gleiche phon-Zahl, d. h. sie werden als „gleichlaut“ empfunden, ihre Lautstärke entspricht der phon Angabe bei 1 kHz Beispiel: Ein 20 Hz Ton mit Pegel 100 dB wird so laut empfunden wie ein 4 kHz Ton mit 50 dB, beide mit „Lautstärke 60 phon“

12. Korrekturkurven für die Angaben dB A und dB C

13. Vergleichsschall μPa)

14. Schallkenngrößen in Luft bei 20°C in 3 m Abstand von der Quelle

15. Position des Schalls im Beispiel „Schall-kenngrößen“, angepasst nach Frequenz 440 Hz und Schallintensität 8,85 10-6 W/m2 , entsprechend der Lautstärke 70 Phon, Vergleichsschall (G) „Großraum-büro“

16. ´Daten-Quelle: Stöcker, Handbuch für Physik, 4. Auflage, S. 293 Die Amplitude der Teilchen entspricht der mittleren freien Weglänge - dem „mittleren Abstand“ der Teilchen, den sie ohne Stoß durchfliegen: passend zum Bild der Longitudinalwelle mit Fortpflanzung über Stöße zu benachbarten Teilchen

17. Versuch zur Messung von Lautstärke und Schallintensität • Erzeugung eines Geräuschs und Messung des Signals mit dB A und dB C Korrektur:

18. Zusammenfassung wichtiger Kenngrößen • Schallschnelle und Schalldruck u = p / (ρ ·cs) [m/s]

19. Zusammenfassung der Verhältnisgrößen • Beachte: Die Summe von zwei Schallintensitätspegeln mit Wert LI= 0 [dB] ergibt LI 1+2= 3 [dB]

20. Zusammenfassung • Das Weber-Fechnersche Gesetz • Die „Lautstärke“, eine Empfindung, folgt etwa logarithmisch der Schallintensität I bzw. dem Schalldruck p • Physikalische Größen zur Schallmessung • Referenzwert: Hörschwelle I0 = 10-12 [W/m2], p0 = 20 ·10-6 [Pa] • Schallpegel, Einheit Dezibel • Schallintensitätspegel Λ = 10 log ( I / I0 ) [dB] • Schalldruckpegel Λ = 20 log ( p / p0 ) [dB] • Lautstärke, Einheit Phon, definiert als Pegel für einen Ton mit 1 kHz • Schallintensitätspegel Λ = 10 log ( I1kHz / I0 ) [phon] • Schalldruckpegel Λ = 20 log ( p1kHz / p0 ) [phon] • Schallpegel mit Korrektur nach Kurve A, bezeichnet mit dB (A), zeigt für Töne beliebiger Frequenz den Pegel eines als gleichlaut empfundenen Tons mit 1 kHz • dB (A) Werte entsprechen annähernd der Lautstärke in Phon

21. Kurven gleicher Lautstärke, Hörschwelle, Schmerzgrenze, Beispiel für A-Filter bei 40 phon Musik Sprache